JP2000347149A - Directional coupler - Google Patents

Directional coupler

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JP2000347149A
JP2000347149A JP2000071471A JP2000071471A JP2000347149A JP 2000347149 A JP2000347149 A JP 2000347149A JP 2000071471 A JP2000071471 A JP 2000071471A JP 2000071471 A JP2000071471 A JP 2000071471A JP 2000347149 A JP2000347149 A JP 2000347149A
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Japan
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directional coupler
substrate
domain
electrode
inverted
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JP2000071471A
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Japanese (ja)
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Makoto Minakata
皆方  誠
Jungo Kondo
順悟 近藤
Tatsuo Kawaguchi
竜生 川口
Minoru Imaeda
美能留 今枝
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel directional coupler which is low in drive voltage and is capable of achieving a bar state and cross state only by the control of impressed voltage. SOLUTION: This directional coupler 1 has a substrate 2 having an electro- optic effect, optical waveguides 3-1 and 3-2 of a directional coupler type formed in the substrate 2 and electrodes 4-1 and 4-2. The substrate 2 is divided to a first polarization inversion domain having a polarization direction P approximately perpendicular to the main surface 2A of the substrate 2 and a second polarization inversion domain having a polarization direction Q opposite to the polarization direction P. The electrodes 4-1 and 4-2 are bisected or multi- divided by the boundary surface 7 of the first polarization inversion domain 5-1 and the second polarization inversion domain 5-2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、方向性結合器に関
し、さらに詳しくは、超高速通信分野における超高速ス
イッチなどに好適に使用することのできる、方向性結合
器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a directional coupler, and more particularly, to a directional coupler that can be suitably used for an ultra-high-speed switch in an ultra-high-speed communication field.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のマルチメディアの発達に伴って情
報量が拡大に増大している。このため、光通信などの超
高速通信分野においては、これらの情報を制御すべく、
ギガビット/秒クラスの処理能力を有する変換器が要求
されている。このような超高速の変換器、すなわち超高
速スイッチは、従来の電子スイッチで行うことが困難で
あった。このため、超高速スイッチが可能な光スイッチ
の開発が急務となっている。現状では、このような超高
速光スイッチとして、方向性結合器型光スイッチが一般
に用いられている。代表的な方向性結合器としては、一
様Δβ方向性結合器、反転Δβ方向性結合器などがあ
る。
2. Description of the Related Art With the recent development of multimedia, the amount of information has been increasing. For this reason, in the field of ultra-high-speed communication such as optical communication, to control such information,
Transducers having gigabit / sec class processing power are required. Such an ultra-high-speed converter, that is, an ultra-high-speed switch, has been difficult to perform with a conventional electronic switch. For this reason, there is an urgent need to develop an optical switch capable of ultra-high speed switching. At present, a directional coupler type optical switch is generally used as such an ultra-high-speed optical switch. Typical directional couplers include a uniform Δβ directional coupler and an inverted Δβ directional coupler.

【0003】一様Δβ方向性結合器は、電気光学効果を
有する基板上に2本の光導波路を所定長近接させて配置
し、これらの光導波路のそれぞれの上に一様な電極を配
置してなるものである。そして、各電極に互いに符号の
異なる電圧を印加して、各光導波路中を導波する光波の
位相を変調させ、これら光波の結合比を調節することに
よって高速スイッチを行うものである。この方向性結合
器では、cross−stateをオンにするために
は、各光導波路の結合長Lo をπ/2κ(κは結合係
数)に設定する必要があり、作製上困難であった。
In a uniform Δβ directional coupler, two optical waveguides are arranged close to each other by a predetermined length on a substrate having an electro-optical effect, and a uniform electrode is arranged on each of these optical waveguides. It is. Then, voltages having different signs are applied to the respective electrodes to modulate the phases of the light waves guided in the respective optical waveguides, and a high-speed switch is performed by adjusting the coupling ratio of these light waves. In this directional coupler, in order to turn on the cross-state, it is necessary to set the coupling length Lo of each optical waveguide to π / 2κ (κ is a coupling coefficient), which is difficult in manufacturing.

【0004】一方、反転Δβ方向性結合器は、上記同様
に2本の光導波路を配置した後、これらの光導波路のそ
れぞれの上に2つの電極を並置し、見かけ上一様電極が
2つに分割された形態を有するものである。そして、同
一光導波路上の隣接する電極間、及び2つの異なる光導
波路上に形成されて互いに対抗する電極間に、符号の異
なる電圧を印加することによって導波光の位相を変調さ
せ、光波の結合比を調節して高速スイッチを行うもので
ある。この方向性結合器では、光導波路の結合長が上記
のような関係を満たさない場合においても、印加電圧の
制御により、bar−stateがオンからcross
−stateをオンにすることができるという利点があ
る。
On the other hand, the inverted Δβ directional coupler has two optical waveguides arranged in the same manner as described above, and then two electrodes are juxtaposed on each of these optical waveguides. It has a form divided into. Then, by applying voltages having different signs between adjacent electrodes on the same optical waveguide and between electrodes formed on two different optical waveguides and facing each other, the phase of the guided light is modulated to couple the light waves. A high-speed switch is performed by adjusting the ratio. In this directional coupler, even when the coupling length of the optical waveguide does not satisfy the above relationship, the bar-state is changed from ON to cross by controlling the applied voltage.
There is an advantage that -state can be turned on.

【0005】さらには、反転Δβ方向性結合器を発展さ
せて、見かけ上一様電極が4つに分割された形態で、そ
れぞれ符号の異なる電圧を印加するものも使用されてい
る。
[0005] Further, there is used a type in which voltages having different signs are applied in a form in which an apparently uniform electrode is divided into four parts by developing an inverted Δβ directional coupler.

【0006】電極を多分割しそれぞれ符号の異なる電圧
を印加することにより、bar−state:オンおよび
cross−state:オンの制御性が広がる。このた
め、同時に駆動電圧も低下させることができる。したがっ
て、上記利点と併せ、上述した方向性結合器の中でも、
反転Δβ方向性結合器、又はこれを発展させたものが好
ましく用いられている。
[0006] By dividing the electrode into multiple portions and applying voltages having different signs, the controllability of bar-state: on and cross-state: on is expanded. Therefore, the driving voltage can be reduced at the same time. Therefore, in addition to the above advantages, among the directional couplers described above,
An inverted Δβ directional coupler or a development of the same is preferably used.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】反転Δβ方向性結合器
などでは、複数の電極が形成されているために、これら
電極の大きさ及び形態のずれに基づいて温度ドリフトが
発生し、結果的に駆動電圧が安定しない場合がある。し
たがって、ドリフト対策として基板と電極間にSiO2
の他にSiなどのバッファ層を設けることが考えられ
る。しかしながら、厚いバッファ層を設けることは、駆
動電圧が高くなるという問題があり、Si層では、完全
にドリフトを抑圧できないという問題がある。さらに、
スイッチングについても信号電極を分割する必要がある
ために進行波型電極構造が作製上困難となり、高速化が
不可能となる問題もある。
In a reversal Δβ directional coupler, etc., since a plurality of electrodes are formed, a temperature drift occurs based on a deviation in the size and form of these electrodes, and as a result, The drive voltage may not be stable. Therefore, as a measure against drift, SiO2
It is conceivable to provide a buffer layer of Si or the like in addition to the above. However, providing a thick buffer layer has a problem in that the driving voltage increases, and a problem in the Si layer is that drift cannot be completely suppressed. further,
Also for switching, it is necessary to divide the signal electrode, which makes it difficult to manufacture a traveling-wave-type electrode structure.

【0008】本発明は、駆動電圧が低く、数10GHz
以上の超高速でbar−state及びcross−s
tateを完全(100%)にオンにし、さらに温度ド
リフトを原理的に消失することが可能な、新たな方向性
結合器を提供することである。
According to the present invention, the driving voltage is low, and several tens GHz.
Bar-state and cross-s at ultra-high speed
An object of the present invention is to provide a new directional coupler capable of completely turning on the state (100%) and further eliminating temperature drift in principle.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、電気光学効果
を有する基板と、前記基板内において前記基板の主面と
略平行に形成された、光波を導波するための光導波路
と、前記光導波路の少なくとも一部を覆うようにして形
成された、前記光波を変調するための電極とを具えた方
向性結合器であって、前記基板は、前記光波の進行方向
において、複数の分極反転ドメインに分割されているこ
とを特徴とする、方向性結合器である。
According to the present invention, there is provided a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed in the substrate substantially parallel to a main surface of the substrate, for guiding a light wave, A directional coupler formed so as to cover at least a part of the optical waveguide, and an electrode for modulating the light wave, wherein the substrate has a plurality of polarization inversions in a traveling direction of the light wave. A directional coupler is characterized by being divided into domains.

【0010】図1は、本発明の方向性結合器の一例を示
す斜視図である。図1に示す方向性結合器1は、ニオブ
酸リチウム単結晶などの電気光学効果を有する基板2
と、この基板2内に形成されたチタンなどからなる方向
性結合型の光導波路3−1及び3−2と、これらの光導
波路を覆うようにして形成されたバッファ層8と金など
からなる電極4−1及び4−2とを具えている。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the directional coupler of the present invention. A directional coupler 1 shown in FIG. 1 includes a substrate 2 having an electro-optical effect such as a lithium niobate single crystal.
And directional coupling type optical waveguides 3-1 and 3-2 made of titanium or the like formed in the substrate 2, a buffer layer 8 formed so as to cover these optical waveguides, and gold or the like. And electrodes 4-1 and 4-2.

【0011】基板2は、基板2の主面2Aに対して略垂
直な分極方向Pを有する第1の分極反転ドメインと、前
記分極方向Pと反対の分極方向Qを有する第2の分極反
転ドメインとに分割されている。すなわち、基板1は、
分極方向が反対の、互いに隣接した2組のドメインであ
る第1の分極反転ドメイン5−1と、第2の分極反転ド
メイン5−2との組からなっている。
The substrate 2 has a first domain-inverted domain having a polarization direction P substantially perpendicular to the main surface 2A of the substrate 2, and a second domain-inverted domain having a polarization direction Q opposite to the polarization direction P. And is divided into: That is, the substrate 1
It is composed of a pair of a first domain-inverted domain 5-1 and a second domain-inverted domain 5-2, which are two sets of domains that are adjacent to each other and have opposite polarization directions.

【0012】さらに、電極4−1及び4−2は、第1の
分極反転ドメイン5−1と、第2の分極反転ドメイン5
−2との境界面7によって2等分割されている。また、
光導波路3−1及び3−2は、これら光導波路の中心部
分で幅Lに亘って近接し、光導波路3−1及び3−2中
を導波する光波がモード結合するようになっている。す
なわち、方向性結合器1においては、幅Lが電極長に相
当する。
Further, the electrodes 4-1 and 4-2 are provided with a first domain-inverted domain 5-1 and a second domain-inverted domain 5-1, respectively.
The surface is divided into two equal parts by a boundary surface 7 with -2. Also,
The optical waveguides 3-1 and 3-2 are close to each other over a width L at a central portion of the optical waveguides, and light waves guided in the optical waveguides 3-1 and 3-2 are mode-coupled. . That is, in the directional coupler 1, the width L corresponds to the electrode length.

【0013】図2は、本発明の方向性結合器における光
波のスイッチング状態を示す図である。光導波路3−1
に入射した光波6―1のパワーは当初“1”の状態にあ
るが、光導波路3−1が分極反転ドメイン5−1と分極
反転ドメイン5−2との境界面7に到達したときに、伝
搬定数差Δβをもったモード結合による光導波路3−2
へのパワー移行率が1/2になるように、電極4−1及
び4−2間に大きさ
FIG. 2 is a diagram showing a switching state of light waves in the directional coupler of the present invention. Optical waveguide 3-1
Although the power of the light wave 6-1 incident on the optical waveguide 6-1 is initially “1”, when the optical waveguide 3-1 reaches the boundary surface 7 between the domain-inverted domains 5-1 and 5-2, Optical waveguide 3-2 by mode coupling having propagation constant difference Δβ
Between the electrodes 4-1 and 4-2 so that the power transfer rate to the

【数1】 なる所定の電圧を印加する。(Equation 1) A predetermined voltage is applied.

【0014】境界7を過ぎると、分極反転ドメイン5−
2では分極反転ドメイン5−1に対して分極ドメインが
反転していることにより、光波は
After the boundary 7, the domain-inverted domain 5-
In 2, the polarization wave is inverted with respect to the polarization inversion domain 5-1.

【数2】 の電圧を印加されていることに等しい。したがって、先
程と符号だけが逆の伝搬定数差−Δβをもってモード結
合されるので、逆のプロセスをたどって光パワーは光導
波路3−2に移行し“1”の状態になる。したがって、
大きさ
(Equation 2) Is equivalent to the voltage applied. Accordingly, since only the sign and the mode are mode-coupled with the opposite propagation constant difference-[Delta] [beta], the optical power moves to the optical waveguide 3-2 by following the reverse process and becomes "1". Therefore,
size

【数3】 の電圧が印加された状態においては、光導波路3−1に
入射した光波6−1に対して、cross−state
が完全(100%)オン状態となる。
(Equation 3) Is applied, the cross-state is applied to the lightwave 6-1 incident on the optical waveguide 3-1.
Are completely (100%) turned on.

【0015】これに対しbar−stateをオン状態
にするには、光導波路3−1に入射した光波6−1が境
界面7に到達したときに、パワーが全て光導波路3−1
に戻るように、大きさ
On the other hand, in order to turn on the bar-state, when the light wave 6-1 incident on the optical waveguide 3-1 reaches the boundary surface 7, the power is entirely changed to the optical waveguide 3-1.
To return to the size

【数4】 なる所定の電圧を印加する。これにより、境界面7を過
ぎ、分極反転ドメイン5−2に至った場合においてもb
ar−stateのオン状態を達成することができる。
したがって、大きさ
(Equation 4) A predetermined voltage is applied. Thus, even in the case of passing the boundary surface 7 and reaching the domain-inverted domain 5-2, b
The ar-state ON state can be achieved.
Therefore, the size

【数5】 の電圧が印加された状態においては、光導波路3−1に
入射した光波6−1に対して、bar−stateが完
全(100%)オン状態となる。
(Equation 5) Is applied, the bar-state is completely (100%) turned on for the lightwave 6-1 incident on the optical waveguide 3-1.

【0016】尚、光導波路3−2に入射した光波6−2
も同様のプロセスによりctoss−state及びb
ar−stateをオン状態にすることができる。
The light wave 6-2 incident on the optical waveguide 3-2.
Ctos-state and b by the same process
The ar-state can be turned on.

【0017】本発明の方向性結合器型光スイッチのスイ
ッチングダイヤグラムを図8に示す。この図から明らか
なように電極長および信号電圧を変えることによりba
r−stateおよびcross−stateを完全
(100%)オンすることができ、最適な電極長および
信号電圧を設定することにより駆動電圧(スイッチング
電圧:
FIG. 8 shows a switching diagram of the directional coupler type optical switch of the present invention. As is clear from this figure, by changing the electrode length and the signal voltage, ba is changed.
The r-state and the cross-state can be completely (100%) turned on, and the drive voltage (switching voltage:

【数6】 の電圧差)を低減できる。さらに分割電極型反転Δβ方
向性結合器と比較して、本発明の方向性結合器は一様電
極である進行波型電極が使用可能であり、分割数を多数
にすることが可能なので高速かつ低電圧で駆動させるこ
とができ、温度ドリフトも消失できるのが特徴である。
(Equation 6) Voltage difference) can be reduced. Furthermore, as compared with the split electrode type inverted Δβ directional coupler, the directional coupler of the present invention can use a traveling-wave type electrode that is a uniform electrode, and can increase the number of divisions, so that high speed and It is characterized by being able to be driven at a low voltage and eliminating temperature drift.

【0018】本発明では、基板2を光波の進行方向にお
いて複数の分極反転ドメイン5−1及び5−2に分割し
ている。そして、これらの分極反転ドメインの境界面7
が電極4−1及び4−2を2等分割している。したがっ
て、電極4−1及び4−2は境界面7によって実質上分
割され、光導波路上に並置された2つの電極から構成さ
れたものと等価になる。その結果、本発明の方向性結合
器における電極構成は反転Δβ方向性結合器と等しい電
極構成を取るようになり、多分割化することが容易なの
で低電圧化できる。また、本発明の構成では、境界面7
を境に5−1、5−2の分極Psは反転しており、4−
1、4−2の電極面積は境界面7を境いに各々等大であ
るから、各々の電極内には等大逆向きの電荷が発生する
が相殺されて電荷は発生しない。従って4−1、4−1
の電極間には温度ドリフトのもととなる電荷が全く発生
しないので、原理的にドリフトは生じない。
In the present invention, the substrate 2 is divided into a plurality of domain-inverted domains 5-1 and 5-2 in the traveling direction of the light wave. Then, the interface 7 of these domain-inverted domains
Divides the electrodes 4-1 and 4-2 into two equal parts. Therefore, the electrodes 4-1 and 4-2 are substantially divided by the boundary surface 7, and are equivalent to those composed of two electrodes juxtaposed on the optical waveguide. As a result, the electrode configuration of the directional coupler of the present invention has the same electrode configuration as that of the inverted Δβ directional coupler, and the voltage can be reduced because it is easy to perform multiple division. In the configuration of the present invention, the boundary surface 7
, The polarization Ps of 5-1 and 5-2 is reversed,
Since the electrode areas 1 and 4-2 are each equal in size at the boundary surface 7, charges of equal and opposite directions are generated in the respective electrodes, but are canceled and no charge is generated. Therefore, 4-1 and 4-1
In principle, no drift which occurs as a source of temperature drift occurs between the electrodes.

【0019】一方、本発明の方向性結合器において、実
際に光波を変調させるための電極は、一様Δβ方向性結
合器と同様に、光導波路上3−1及び3−2上の一様な
2本の電極4−1及び4−2のみである。したがって、
各光導波路上において並置され、見かけ上2つに分割さ
れた電極を含む4本の電極を有する反転Δβ方向性結合
器に比較して、電極の構造が単純であり、進行波型電極
の形成が可能である。その結果、超高速スイッチングが
可能となる。さらに、電極直下の基板の分極方向が反対
で同面積で互いに隣接したドメインの組から構成される
ので、焦電により発生した電荷は打消し合う。この効果
は、バッファ層を設けた場合においても全く同様に温度
ドリフトを抑制することができる。従って、温度ドリフ
ト等の発生が抑制され、駆動電圧の変動をも防止するこ
とができる。
On the other hand, in the directional coupler according to the present invention, the electrodes for actually modulating the light wave have uniform electrodes on the optical waveguides 3-1 and 3-2, similarly to the uniform Δβ directional coupler. Only two electrodes 4-1 and 4-2. Therefore,
The structure of the electrodes is simpler than that of an inverted Δβ directional coupler having four electrodes including two electrodes which are juxtaposed on each optical waveguide and apparently divided into two, and the formation of a traveling wave type electrode Is possible. As a result, ultra-high-speed switching becomes possible. Further, since the polarization direction of the substrate immediately below the electrode is opposite, the substrate is composed of a set of domains having the same area and adjacent to each other, so that the charges generated by the pyroelectricity cancel each other. This effect can suppress the temperature drift even in the case where the buffer layer is provided. Therefore, the occurrence of temperature drift and the like can be suppressed, and fluctuations in the drive voltage can be prevented.

【0020】すなわち、本発明の方向性結合器は、印加
電圧を変化させることによってbar−state及び
cross−stateを完全(100%)にオンにす
ることができるとともに、駆動電圧を低減させることが
できる。さらには、分割電極型反転Δβ方向性結合器に
比較して電極構成が簡易であり、かつ温度ドリフトなど
の好ましくない現象を回避し高速化を容易に達成するこ
とができるという特徴を有している。
That is, the directional coupler of the present invention can completely (100%) turn on the bar-state and the cross-state by changing the applied voltage, and can reduce the driving voltage. it can. Furthermore, compared to the split electrode type inverted Δβ directional coupler, the electrode configuration is simpler, and it is possible to avoid undesired phenomena such as temperature drift and easily achieve high speed. I have.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図1は、上述したように本
発明の方向性結合器の一例を示す斜視図である。本発明
の方向性結合器は、電気光学効果を有する基板が光波の
進行方向において複数の分極反転ドメインに分割されて
いることが必要である。図1に示す方向性結合器1で
は、基板2は分極方向が反対のドメイン5−1及び5―
2に分割されている。しかしながら、基板中における分
極方向が反対で互いに隣接したドメインの組であればそ
の数については限定されるものではない。特に、4分割
した場合には、駆動電圧を一様Δβ型に比し22%、あ
るいは反転Δβ型に比し50%に低減できる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing an example of the directional coupler of the present invention as described above. In the directional coupler of the present invention, the substrate having the electro-optic effect needs to be divided into a plurality of domain-inverted domains in the traveling direction of the light wave. In the directional coupler 1 shown in FIG. 1, the substrate 2 has domains 5-1 and 5-
It is divided into two. However, the number is not limited as long as it is a set of domains adjacent to each other with opposite polarization directions in the substrate. In particular, when divided into four, the driving voltage can be reduced to 22% compared to the uniform Δβ type, or to 50% compared to the inverted Δβ type.

【0022】電極の分極ドメインによる分割数Sect
ion:Nと電極長:L(N)および駆動電圧:V
(N)との関係をシミュレーションした結果を図7に示
す。図7は、以下の図8及び10に示すように、各分割
数Nにおいて求めた最小駆動電圧Vo(N)及び電極長
Lをそれぞれプロットしたものである。ここでLo及び
Vo(1)は、従来型の「電極を分割しない一様電極構
成の方向性結合器」において電圧を印加しない場合の最
小完全結合長Lo及び駆動電圧を示す。この結果から、
分割数を大きくすると駆動電圧は小さくなるが電極長は
逆に大きくなってしまう。したがって、分極の上限につ
いては、電極長が大きくなり、実用的に多数のスイッチ
を集積化できないという理由から30分割であることが
好ましく、さらには10分割であることが好ましい。
Number of divisions by polarization domain of electrode Sect
ion: N, electrode length: L (N), and drive voltage: V
FIG. 7 shows the result of simulating the relationship with (N). FIG. 7 is a plot of the minimum drive voltage Vo (N) and the electrode length L obtained for each division number N, as shown in FIGS. 8 and 10 below. Here, Lo and Vo (1) indicate the minimum complete coupling length Lo and the driving voltage when no voltage is applied in the conventional “directional coupler having a uniform electrode configuration without dividing the electrodes”. from this result,
When the number of divisions is increased, the drive voltage decreases, but the electrode length increases. Therefore, the upper limit of the polarization is preferably 30 divisions, and more preferably 10 divisions, because the electrode length becomes large and a large number of switches cannot be practically integrated.

【0023】また、前記分極方向が反対のドメインは、
図1に示す正と負のドメイン5−1及び5−2のよう
に、分極方向が反対の、互いに隣接したドメインの組か
らなることが好ましい。これによって、基板全体として
見た場合において電極直下の正と負のドメインの面積が
等しい場合に焦電作用が打ち消され、温度ドリフトを抑
制することができる。
The domain having the opposite polarization direction is:
It is preferable that the domain be composed of a pair of domains adjacent to each other and having opposite polarization directions, such as the positive and negative domains 5-1 and 5-2 shown in FIG. Accordingly, when the areas of the positive and negative domains immediately below the electrodes are equal when viewed as a whole substrate, the pyroelectric action is canceled and the temperature drift can be suppressed.

【0024】このため、前記光波を変調するための電極
が、前記複数の分極反転ドメインの境界面の少なくとも
一部によって等分割されていることが必要である。図1
に示す方向性結合器1では、電極4−1及び4−2は、
基板2を構成する分極反転ドメイン5−1及び5−2の
唯一の境界面7によって2分割されている。即ちZカッ
ト板の場合、ドリフト防止の為に偶数分割が望ましい。
しかしながら、焦電作用の影響がない強誘電体単結晶の
Xカット板及びYカット板を用いる場合、境界面の数は
特に限定されるものではない。従って、基板を構成する
分極ドメインが3以上の場合は、これらの2以上の境界
面で等分割することができる。
Therefore, it is necessary that an electrode for modulating the light wave is equally divided by at least a part of a boundary surface between the plurality of domain-inverted domains. FIG.
In the directional coupler 1 shown in FIG.
The substrate 2 is divided into two by a single boundary surface 7 of the domain-inverted domains 5-1 and 5-2. That is, in the case of a Z-cut plate, even division is desirable to prevent drift.
However, when using an X-cut plate and a Y-cut plate of a ferroelectric single crystal which is not affected by a pyroelectric effect, the number of boundary surfaces is not particularly limited. Therefore, when the number of polarization domains constituting the substrate is three or more, the domain can be equally divided at these two or more boundaries.

【0025】電極が複数の分極ドメインの境界面で等分
割する数については、図1に示すように2分割以上であ
れば特に限定されるものではない。しかしながら、分割
の上限については、電圧を印加しない場合の最小完全結
合長Loに比し大きくなる理由から30分割であること
が好ましく、さらには10分割であることが好ましい。
実用上は、図7に計算例を示すように、2〜4分割でも
スイッチング電圧は十分低減化できる。
The number of equal divisions of the electrode at the boundary surface between a plurality of polarization domains is not particularly limited as long as it is divided into two or more as shown in FIG. However, the upper limit of the division is preferably 30 divisions, and more preferably 10 divisions, because it is larger than the minimum perfect coupling length Lo when no voltage is applied.
In practice, as shown in the calculation example in FIG. 7, the switching voltage can be sufficiently reduced even by dividing into two or four.

【0026】また、図1に示す分極反転ドメイン5−1
及び5−2は、基板2の主面2Aに対して略垂直に分極
している。しかしながら、分極反転ドメインの分極方向
は、基板に略垂直であることを必須の要件とするもので
はない。隣接するドメインの分極方向が互いに逆方向で
あれば、基板の主面に対して略水平な方向に分極してい
てもよい。さらには、基板の主面に対して一定の傾斜角
を有して分極していてもよい。
The domain-inverted domain 5-1 shown in FIG.
And 5-2 are polarized substantially perpendicular to the main surface 2A of the substrate 2. However, it is not an essential requirement that the polarization direction of the domain-inverted domain be substantially perpendicular to the substrate. If the polarization directions of the adjacent domains are opposite to each other, the domains may be polarized in a direction substantially horizontal to the main surface of the substrate. Further, the substrate may be polarized with a certain inclination angle with respect to the main surface of the substrate.

【0027】本発明の基板として使用することのできる
材料としては、電気光学効果を有する物であれば、特に
限定されない。しかしながら、ニオブ酸リチウム単結
晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータ
ンタル酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリチ
ウム単結晶、ニオブ酸カリウムリチウムータンタル酸カ
リウムリチウム固溶体単結晶、及びチタニルリン酸カリ
ウム単結晶の少なくとも一種を用いることが好ましい。
これらの材料は大きな電気光学効果を有するとともに、
加工性に優れる。したがって、板状の基板への加工が容
易になるともに、分極反転ドメインの形成が容易にな
る。
The material that can be used as the substrate of the present invention is not particularly limited as long as it has an electro-optical effect. However, lithium niobate single crystal, lithium tantalate single crystal, lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal, potassium lithium niobate single crystal, potassium lithium niobate-potassium lithium lithium tantalate solid solution single crystal, and potassium titanyl phosphate single crystal It is preferable to use at least one kind of crystal.
These materials have a large electro-optic effect,
Excellent workability. Therefore, processing on a plate-like substrate is facilitated and formation of a domain-inverted domain is facilitated.

【0028】また、これらの材料の切り出し面は、前記
分極反転ドメインの分極方向に応じて、Xカット面、Y
カット面、Zカット面、及びオフカット面のいずれをも
使用することができる。
Further, the cut surface of these materials has an X-cut surface and a Y-cut surface depending on the polarization direction of the domain-inverted domain.
Any of a cut surface, a Z-cut surface, and an off-cut surface can be used.

【0029】分極反転ドメインの形成方法は特に限定さ
れるものではなく、任意の方法を用いることができる。
しかしながら、図1に示すように、基板2の主面2Aと
略垂直な分極方向を有するように、上記材料のZカット
面を用いるような場合は以下のようにして行う。すなわ
ち、図1に示すように、基板2が2つの分極反転ドメイ
ン5−1及び5−2からなるような場合については、図
3に示すように、基板11の一方の主面11Aに板状電
極12を形成し、主面11Aと反対側の主面11B上に
一様電極13を形成する。そして、この電極間に所定の
電圧VAを、所定の立ち上げ速度で印加すると、電圧を
印加した部分の分極方向が反転する。その結果、分極方
向が互いに反対向きの分極反転ドメイン14−及び14
−2が形成される。
The method for forming the domain-inverted domains is not particularly limited, and any method can be used.
However, as shown in FIG. 1, when a Z-cut surface of the above material is used so as to have a polarization direction substantially perpendicular to the main surface 2A of the substrate 2, the following is performed. That is, as shown in FIG. 1, in a case where the substrate 2 is composed of two domain-inverted domains 5-1 and 5-2, as shown in FIG. The electrode 12 is formed, and the uniform electrode 13 is formed on the main surface 11B opposite to the main surface 11A. When a predetermined voltage VA is applied between the electrodes at a predetermined rising speed, the polarization direction of the portion to which the voltage is applied is reversed. As a result, the domain-inverted domains 14- and 14 whose polarization directions are opposite to each other are obtained.
-2 is formed.

【0030】一方、3以上の分極反転ドメインを形成す
る場合は、図4に示すように、基板11の一方の主面1
1A上に、前記板状電極12に代わって櫛型あるいはす
かし型電極15を形成する。そして、この櫛型あるい
は、すかし型電極15と一様電極13との間に所定の電
圧VBを所定の立ち上げ速度で印加すると、電圧を印加
した部分の分極方向が反転し、複数の分極反転ドメイン
16を形成することができる。
On the other hand, when three or more domain-inverted domains are formed, as shown in FIG.
A comb-shaped or watermark-shaped electrode 15 is formed on 1A in place of the plate-shaped electrode 12. When a predetermined voltage VB is applied between the comb-shaped or watermarked electrode 15 and the uniform electrode 13 at a predetermined rising speed, the polarization direction of the voltage-applied portion is reversed, and a plurality of polarizations are applied. Inversion domains 16 can be formed.

【0031】一方、上記材料のXカット面などを用い、
基板の主面と略平行な分極方向を有する分極反転構造を
形成する場合は、図5及び6に示すように、基板21の
同一主面21A上に板状電極22及び棒状電極23、あ
るいは櫛形電極25及び棒状電極23を形成する。次い
で、これらの電極間に所定の電圧VC、あるいはVDを
印加すると、2つの分極反転ドメイン24−1及び24
−2、あるいは複数の分極反転ドメイン26を形成す
る。
On the other hand, using the X-cut surface of the above material,
When forming a domain-inverted structure having a polarization direction substantially parallel to the main surface of the substrate, as shown in FIGS. 5 and 6, a plate-shaped electrode 22 and a rod-shaped electrode 23 or a comb-shaped electrode are formed on the same main surface 21A of the substrate 21. The electrode 25 and the bar-shaped electrode 23 are formed. Next, when a predetermined voltage VC or VD is applied between these electrodes, the two domain-inverted domains 24-1 and 24-2
-2 or a plurality of domain-inverted domains 26 are formed.

【0032】これらの電極12、13、及び15は、タ
ンタル、金、アルミニウム、白金、クロム、銅などから
形成することができる。
The electrodes 12, 13, and 15 can be formed from tantalum, gold, aluminum, platinum, chromium, copper, or the like.

【0033】[0033]

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する 実施例1 本実施例においては、図1に示すような方向性結合器1
を形成した。 (方向性結合器の作製)基板2として、厚さ0.5mm
の3インチZカットのニオブ酸リチウム単結晶ウエハを
用いた。このウエハの一方の主面2A上に図3に示すよ
うな板状電極12をホトリソグラフィにより形成し、他
方の主面2B上に同じく一様電極13を形成した。次い
で、これらの電極間に立ち上げ時間0.5msec、大
きさ20kV/mmの電圧を印加し、図1に示すよう
な、基板を長さR方向に等分する2つの分極反転ドメイ
ン5−1及び5−2を形成した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be specifically described based on embodiments. Embodiment 1 In this embodiment, a directional coupler 1 as shown in FIG.
Was formed. (Production of Directional Coupler) As the substrate 2, a thickness of 0.5 mm
3 inch Z-cut lithium niobate single crystal wafer was used. A plate electrode 12 as shown in FIG. 3 was formed on one main surface 2A of the wafer by photolithography, and a uniform electrode 13 was formed on the other main surface 2B. Then, a voltage of 20 kV / mm and a rise time of 0.5 msec are applied between these electrodes, and two domain-inverted domains 5-1 equally divide the substrate in the length R direction as shown in FIG. And 5-2 were formed.

【0034】次いで、ホトリソグラフィによって基板2
の主面2A上をパターニングした後、200℃の安息香
酸に30分浸漬させることによってプロトン交換を行っ
た。次いで、300℃で4時間アニール処理を実施し、
光導波路3−1及び3−2を形成した。このとき導波路
部の実効屈折率と基板との屈折率差Δは4×10-3、導
波路間距離は4μm であった。次いで、バッファ層とし
てSiO2を0.2μmの厚さに形成し、蒸着法によっ
て金からなる進行波型の電極4−1及び4−2を、結合
部Lに亘って形成し、長さRが50mm、幅が5mmに
チップ切断した。なお、このときの電極Lは、25mm
であった。その後チップの両端面を研磨し図1に示すよ
うな方向性結合器1を形成した。
Next, the substrate 2 is formed by photolithography.
After patterning on the main surface 2A, proton exchange was performed by immersion in benzoic acid at 200 ° C. for 30 minutes. Next, an annealing treatment is performed at 300 ° C. for 4 hours.
Optical waveguides 3-1 and 3-2 were formed. At this time, the difference Δ between the effective refractive index of the waveguide part and the substrate was 4 × 10 −3 , and the distance between the waveguides was 4 μm. Next, SiO 2 is formed to a thickness of 0.2 μm as a buffer layer, and traveling-wave type electrodes 4-1 and 4-2 made of gold are formed over the coupling portion L by a vapor deposition method, and the length R Was cut into chips of 50 mm in width and 5 mm in width. The electrode L at this time is 25 mm
Met. Thereafter, both end faces of the chip were polished to form a directional coupler 1 as shown in FIG.

【0035】(方向性結合器の特性評価:温度ドリフト
評価)上記によって得られた方向性結合器1の光導波路
3−1及び3−2に光ファイバを結合し、波長1550
nmの光波を導入して温度ドリフトの評価を行なった。
その結果、電極4−1および4−2は分極方向の反対の
ドメインで面積が2等分されているので、温度変化にと
もない誘起され焦電電荷を打ち消しあうために温度ドリ
フトは観察されなかった。
(Evaluation of Characteristics of Directional Coupler: Evaluation of Temperature Drift) An optical fiber is coupled to the optical waveguides 3-1 and 3-2 of the directional coupler 1 obtained as described above, and a wavelength of 1550 is obtained.
The temperature drift was evaluated by introducing a light wave of nm.
As a result, since the areas of the electrodes 4-1 and 4-2 are equally divided in the domain opposite to the polarization direction, the temperature drift is not observed because the pyroelectric charges induced by the temperature change cancel each other out. .

【0036】さらに波長1550nmの光波を導入して
bar−state及びcross−stateがオン
になる印加電圧の差(駆動電圧)および電極長Lのシミ
ュレーションを下記式(1)及び(2)に基づいて行っ
たところ図8のようになり、L/Loが2.7のとき駆
動電圧が最小になった(図9)。上記のように電極長25
mmの方向性結合器を作製したところ駆動電圧は2.9
Vとなり最大変調速度は10GHzであった。
Further, a light wave having a wavelength of 1550 nm is introduced to simulate the difference between the applied voltages (driving voltage) at which the bar-state and cross-state are turned on (drive voltage) and the electrode length L based on the following equations (1) and (2). FIG. 8 shows that the driving voltage was minimum when L / Lo was 2.7 (FIG. 9). As described above, the electrode length 25
When a directional coupler of mm was manufactured, the driving voltage was 2.9.
V, and the maximum modulation speed was 10 GHz.

【数7】 L:電極長 Lo:一様電極Δβ型方向性結合器における最小完全結
合長 k:結合係数 Δβ:伝搬定数差
(Equation 7) L: electrode length Lo: minimum perfect coupling length in uniform electrode Δβ type directional coupler k: coupling coefficient Δβ: propagation constant difference

【0037】実施例2 実施例1と同様に分極反転ドメイン、光導波路、進行波
電極を形成した後に、KrFエキシマレーザを使用し、
スポットスキャン方式によって導波路および進行波電極
を形成した基板面と反対側の面を溝加工した。照射した
スポットのサイズは操作方向1.0mm、幅0.2m
m、照射エネルギー6J/cm2とした。また、パルス
幅は15nsec、パルス周波数は600Hz、操作速
度は0.1mm/secとした。その結果、最大変調速
度は40GHzまで広帯域化した。また、温度ドリフト
も観察されなかった。
Embodiment 2 After forming a domain-inverted domain, an optical waveguide, and a traveling-wave electrode in the same manner as in Embodiment 1, a KrF excimer laser was used.
The surface opposite to the substrate surface on which the waveguide and the traveling wave electrode were formed was processed by a spot scan method. The size of the irradiated spot is 1.0 mm in the operation direction and 0.2 m in width.
m, and the irradiation energy was 6 J / cm 2 . The pulse width was 15 nsec, the pulse frequency was 600 Hz, and the operation speed was 0.1 mm / sec. As a result, the maximum modulation speed was widened to 40 GHz. Also, no temperature drift was observed.

【0038】実施例3 (方向性結合器の作製)本実施例は基板を4つに等分割
し、図1に示すような分極反転ドメイン5−1及び5−
2が2組隣接して存在し、これら4つのドメインを分割
する3つの境界面が電極を4等分割しているような方向
性結合器を形成した。方向性結合器の作製は、図3に示
す板状電極12の代わりに、図4に示す櫛型電極15を
用いた以外は、実施例1と同様にして実施した。なお、
この場合の電極長は41mmであった。
Embodiment 3 (Production of Directional Coupler) In this embodiment, the substrate is divided into four equal parts, and the domain-inverted domains 5-1 and 5- as shown in FIG.
2 are adjacent to each other, and three boundary surfaces dividing these four domains form a directional coupler in which the electrode is divided into four equal parts. The directional coupler was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the comb electrode 15 shown in FIG. 4 was used instead of the plate electrode 12 shown in FIG. In addition,
The electrode length in this case was 41 mm.

【0039】実施例1と同様にして電極長Lおよび駆動
電圧のシミュレーションを下記式(3)及び(4)に基
づいて行ったところ図10のようになり、L/Loが
4.5のとき駆動電圧が最小になった(図11)。実際
に電極長41mmの方向性結合器を作製したところ駆動
電圧は1.6Vであり最大変調速度は10GHzであっ
た。さらに、実施例1と同様に温度ドリフトは観察され
なかった。
Simulation of the electrode length L and the driving voltage based on the following equations (3) and (4) was performed in the same manner as in Example 1, and the results are as shown in FIG. 10, where L / Lo is 4.5. The driving voltage became minimum (FIG. 11). When a directional coupler having an electrode length of 41 mm was actually manufactured, the driving voltage was 1.6 V and the maximum modulation speed was 10 GHz. Furthermore, no temperature drift was observed as in Example 1.

【数8】 L:電極長 Lo:一様電極Δβ型方向性結合器における最小完全結
合長 k:結合係数 Δβ:伝搬定数差
(Equation 8) L: electrode length Lo: minimum perfect coupling length in uniform electrode Δβ type directional coupler k: coupling coefficient Δβ: propagation constant difference

【0040】実施例4 (方向性結合器の作製)本実施例では、基板の主面と略
平行の分極方向を有する分極反転ドメインを基板中に形
成した。実際の方向性結合器の作製に当たっては、実施
例1と同じ大きさのXカットのニオブ酸リチウム単結晶
を用いた。次いで、この基板上に図5に示すような板状
電極22及び棒状電極23をホトリソグラフィによって
形成した。次いで、これらの電極間に立ち上げ時間0.
5msec、大きさ20kV/mmの電圧を印加し、基
板を長さR方向に等分し、基板の主面と略平行な分極方
向を有する2つの分極反転ドメインを形成した。次い
で、実施例1と同様にして光導波路及び進行波型の電極
を形成し、最終的な方向性結合器を得た。この場合の電
極長は、実施例1と同様に30mmであった。また、温
度ドリフトは、観察されなかった。
Example 4 (Production of Directional Coupler) In this example, domain-inverted domains having a polarization direction substantially parallel to the main surface of the substrate were formed in the substrate. In manufacturing an actual directional coupler, an X-cut lithium niobate single crystal having the same size as that of Example 1 was used. Next, a plate-like electrode 22 and a rod-like electrode 23 as shown in FIG. 5 were formed on the substrate by photolithography. Then, a start-up time of 0.1 mm between these electrodes.
A voltage of 20 kV / mm was applied for 5 msec to divide the substrate equally in the length R direction to form two domain-inverted domains having a polarization direction substantially parallel to the main surface of the substrate. Next, an optical waveguide and a traveling-wave-type electrode were formed in the same manner as in Example 1 to obtain a final directional coupler. The electrode length in this case was 30 mm as in Example 1. No temperature drift was observed.

【0041】(方向性結合器の特性評価)実施例1と同
様にして光ファイバを接続した後、駆動電圧及び最大変
調速度を調べた。その結果、駆動電圧は4Vであり、最
大変調速度は10GHzであった。
(Evaluation of Characteristics of Directional Coupler) After connecting an optical fiber in the same manner as in Example 1, the drive voltage and the maximum modulation speed were examined. As a result, the driving voltage was 4 V, and the maximum modulation speed was 10 GHz.

【0042】実施例5 本実施例は、まずTi拡散により方向性結合器型光導波
路を形成した後に、実施例1と同様に基板の長さR方向
に等分する2つの分極反転ドメインおよび進行波型の電
極を形成し、図1に示すような方向性結合器型を作製し
た。このとき導波路部の実効屈折率と基板との屈折率差
Δnは3×10-3、導波路間隔は4μmであった。その
結果、実施例1と比較し電極長は16mmと短くなり、
駆動電圧は逆に4.4Vと高くなった。この原因は、T
i拡散導波路の屈折率差Δnが小さいことによる導波路
6−1と6−2のモード間結合が大きくなり電極長が低
減し、逆に導波路のモードサイズが大きくなったためZ
方向電界が小さくなったことにより駆動電圧が上昇した
と考えられる。また、温度ドリフトは、実施例1と同様
に観察されなかった。
Embodiment 5 In this embodiment, a directional coupler type optical waveguide is first formed by Ti diffusion, and then two domain-inverted domains equally divided in the length R direction of the substrate and A corrugated electrode was formed to produce a directional coupler type as shown in FIG. At this time, the difference Δn in the effective refractive index between the waveguide portion and the substrate was 3 × 10 −3 , and the interval between the waveguides was 4 μm. As a result, the electrode length was reduced to 16 mm as compared with Example 1,
On the contrary, the drive voltage increased to 4.4V. This is because T
The mode coupling between the waveguides 6-1 and 6-2 is increased due to the small refractive index difference Δn of the i-diffused waveguide, the electrode length is reduced, and conversely, the mode size of the waveguide is increased.
It is considered that the drive voltage increased due to the decrease in the directional electric field. Also, no temperature drift was observed as in Example 1.

【0043】実施例6 導波路部の実効屈折率と基板との屈折率差Δnを大きく
するためにzカットのニオブ酸リチウム基板にZnドー
プのLPE膜を形成した後に、エッチングにより方向性
結合器型光導波路を形成した。次いで実施例1と同様に
基板長さR方向の等分する2つの分極反転ドメインおよ
び進行波型電極を形成し、図1に示すような方向性結合
器型光スイッチを作製した。このとき導波路部の実効屈
折率と基板との屈折率差Δnは5×10-3導波路間隔は
4μmであった。その結果、実施例1と比較し電極長は
36mmと長くなり、駆動電圧は逆に1.8Vと低くな
った。温度ドリフトは、実施例と同様に観察されなかっ
た。
Example 6 A Zn-doped LPE film was formed on a z-cut lithium niobate substrate in order to increase the difference Δn between the effective refractive index of the waveguide portion and the substrate, and then the directional coupler was etched. An optical waveguide was formed. Next, two domain-inverted domains and a traveling-wave electrode were equally formed in the direction of the substrate length R in the same manner as in Example 1, and a directional coupler-type optical switch as shown in FIG. 1 was manufactured. At this time, the difference Δn between the effective refractive index of the waveguide portion and the substrate was 5 × 10 −3, and the waveguide interval was 4 μm. As a result, as compared with Example 1, the electrode length was increased to 36 mm, and the driving voltage was reduced to 1.8 V on the contrary. No temperature drift was observed as in the example.

【0044】比較例1 (方向性結合器の作製)実施例1と同様に基板材料とし
てZカットのニオブ酸リチウムを用い、基板中に分極反
転ドメインを形成しなかった以外は、実施例1と同様に
して方向性結合器を作製した。
Comparative Example 1 (Preparation of a directional coupler) The same procedure as in Example 1 was repeated except that Z-cut lithium niobate was used as a substrate material and no domain-inverted domain was formed in the substrate. Similarly, a directional coupler was manufactured.

【0045】(方向性結合器の特性評価)実施例1と同
様にして駆動電圧及び最大変調速度を調べたところ、温
度ドリフリトが観察された。また、駆動電圧は7.3V
であり、最大変調速度は100MHzであった。
(Evaluation of Characteristics of Directional Coupler) When the drive voltage and the maximum modulation speed were examined in the same manner as in Example 1, temperature drift was observed. The driving voltage is 7.3V
And the maximum modulation speed was 100 MHz.

【0046】比較例2 基板2として、実施例1と同じ大きさのzカットのニオ
ブ酸リチウムを用い、実施例1と同様にプロトン交換光
導波路を形成した。次いで、ホトリソグラフィによりS
iO2バッファ層さらには、反転Δβ型の電極パターン
を形成し蒸着法によりAuからなる電極を形成した。そ
の結果、駆動電圧は5Vとなり最大スイッチング速度は
1GHzであった。
Comparative Example 2 As a substrate 2, a proton-exchanged optical waveguide was formed in the same manner as in Example 1 except that z-cut lithium niobate having the same size as in Example 1 was used. Then, S
An iO 2 buffer layer and an inverted Δβ type electrode pattern were formed, and an electrode made of Au was formed by an evaporation method. As a result, the driving voltage was 5 V, and the maximum switching speed was 1 GHz.

【0047】以上、実施例1〜3から明らかなように、
本発明の方向性結合器は印加電圧の制御によってbar
−state及びcross−stateのオン、すな
わち、スイッチングが可能であることが分かる。さら
に、実施例1〜6と比較例1,2とから、本発明の方向
性結合器は、基板中に分極反転ドメインを有しない一様
Δβあるいは反転Δβ方向性結合器と比べ、低い駆動電
圧でかつ温度ドリフトフリー高速変調可能となることが
分かる。
As is clear from Examples 1 to 3,
The directional coupler of the present invention has a bar
It can be seen that -state and cross-state are turned on, that is, switching is possible. Further, from Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, the directional coupler of the present invention has a lower driving voltage than a uniform Δβ or inverted Δβ directional coupler having no domain-inverted domain in the substrate. It can be understood that high-speed modulation can be performed without temperature drift.

【0048】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してたが、本発明は上
記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱
しない範囲において、あらゆる変更や変形が可能であ
る。
As described above, the present invention has been described in detail based on the embodiments of the present invention with specific examples, but the present invention is not limited to the above contents and does not depart from the scope of the present invention. In the above, all changes and modifications are possible.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方向性結
合器によれば、温度ドリフトなどの発生もなく、駆動電
圧が低く、印加電圧の制御のみでbar−state及
びcross−stateの状態、すなわち、スイッチ
ングが可能となる。
As described above, according to the directional coupler of the present invention, there is no occurrence of temperature drift or the like, the driving voltage is low, and the bar-state and cross-state states are controlled only by controlling the applied voltage. That is, switching becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方向性結合器の一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a directional coupler of the present invention.

【図2】本発明の方向性結合器における光波のスイッチ
ング状態を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a switching state of a light wave in the directional coupler of the present invention.

【図3】分極反転ドメインの形成方法の一例を示す斜視
図である。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an example of a method of forming a domain-inverted domain.

【図4】分極反転ドメインの形成方法の他の例を示す斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing another example of a method for forming a domain-inverted domain.

【図5】分極反転ドメインの形成方法のさらに他の例を
示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing still another example of a method of forming a domain-inverted domain.

【図6】分極反転ドメインの形成方法のその他の例を示
す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view showing another example of the method of forming the domain-inverted domains.

【図7】電極の各分割数における最小駆動電圧及び電極
長のシュミレーション結果を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing simulation results of a minimum drive voltage and an electrode length at each division number of an electrode.

【図8】駆動電圧及び電極長のシュミレーション結果の
一例を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing an example of a simulation result of a drive voltage and an electrode length.

【図9】規格化スイッチング電圧と規格化相互作用長と
の関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a normalized switching voltage and a normalized interaction length.

【図10】駆動電圧及び電極長のシュミレーション結果
の他の例を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing another example of a simulation result of a driving voltage and an electrode length.

【図11】規格化スイッチング電圧と規格化相互作用長
との関係を示す他のグラフである。
FIG. 11 is another graph showing the relationship between the normalized switching voltage and the normalized interaction length.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 方向性結合器、2,11,21 基板、3−1,3
−1 光導波路、4−1,4−2 電極、5−1,5−
2,14−1,14−2,24−1,24−1分極反転
ドメイン、6−1,6−1 光導波路に入射した光波、
7 境界面、8 バッファ層、12,22 板状電極、
13 一様電極、15,25 櫛形電極、16,26
複数の分極反転ドメイン,23 棒状電極
1 directional coupler, 2, 11, 21 substrates, 3-1, 3
-1 optical waveguide, 4-1 and 4-2 electrodes, 5-1 and 5-
2, 14-1, 14-2, 24-1, 24-1 domain-inverted domains, 6-1 and 6-1 light waves incident on an optical waveguide,
7 boundary surface, 8 buffer layer, 12,22 plate electrode,
13 Uniform electrodes, 15, 25 Comb electrodes, 16, 26
Multiple poled domains, 23 rod-shaped electrodes

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川口 竜生 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 今枝 美能留 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 2H079 AA02 AA12 BA01 CA05 DA03 DA18 EA04 EB04 HA12 HA23 2K002 AB04 BA06 CA02 CA03 CA13 DA07 EA04 FA27 HA03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tatsuo Kawaguchi 2-56 Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Inside Nihon Insulators Co., Ltd. No. 56 F-term in Nihon Insulators Co., Ltd. (Reference) 2H079 AA02 AA12 BA01 CA05 DA03 DA18 EA04 EB04 HA12 HA23 2K002 AB04 BA06 CA02 CA03 CA13 DA07 EA04 FA27 HA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気光学効果を有する基板と、前記基板内
において前記基板の主面と略平行に形成された、光波を
導波するための光導波路と、前記光波を変調するための
電極とを具えた方向性結合器であって、前記基板は、前
記光波の進行方向において複数の分極反転ドメインに分
割されているとともに、前記電極は、前記複数の分極反
転ドメインの境界面の少なくとも一部によって等分割さ
れていることを特徴とする、方向性結合器。
1. A substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed in the substrate substantially parallel to a main surface of the substrate, for guiding a light wave, and an electrode for modulating the light wave. Wherein the substrate is divided into a plurality of domain-inverted domains in the traveling direction of the light wave, and the electrode is at least a part of a boundary surface of the domain-inverted domains. A directional coupler, which is equally divided by
【請求項2】前記分極反転ドメインの分極方向は、前記
基板の主面に対して略垂直であることを特徴とする、請
求項1に記載の方向性結合器。
2. The directional coupler according to claim 1, wherein a polarization direction of the domain-inverted domain is substantially perpendicular to a main surface of the substrate.
【請求項3】前記複数の分極反転ドメインは、分 極方
向が反対の、互いに隣接した偶数のドメインの組からな
ることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方向性結
合器。
3. The directional coupler according to claim 1, wherein the plurality of domain-inverted domains comprise a set of even-numbered domains adjacent to each other and having opposite polarization directions.
【請求項4】前記基板は、ニオブ酸リチウム単結晶、タ
ンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータンタル
酸リチウム固溶体単結晶、ニオブ酸カリウムリチウム単
結晶、ニオブ酸カリウムリチウムータンタル酸カリウム
リチウム固溶体単結晶、チタニルリン酸カリウム単結
晶、及びガリウムーヒ素単結晶の少なくとも一種から構
成されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一
に記載の方向性結合器。
4. The substrate comprises a lithium niobate single crystal, a lithium tantalate single crystal, a lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal, a potassium lithium niobate single crystal, a potassium lithium niobate-lithium potassium tantalate solid solution single crystal. The directional coupler according to claim 1, comprising at least one of a crystal, a potassium titanyl phosphate single crystal, and a gallium-arsenic single crystal.
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